单步全身动脉扫描：检测心脏和脑血管疾病的新方法

目录

• 要点
• 了解问题：心脏和脑部动脉的动脉粥样硬化
• 本研究旨在实现的目标
• 研究是如何进行的
• 主要发现：研究人员发现了什么
• 这对患者和医疗实践意味着什么
• 研究局限性：这项研究无法告诉我们什么
• 给患者的建议
• 常见问题
• 信息来源

要点

• 单步CT扫描可在不到一秒的时间内对心脏、颈部和脑部动脉进行成像。
• 在300名无症状患者中，63%的心脏或脑部动脉存在斑块。
• 异常的血糖和总胆固醇与柔软、易损的冠状动脉斑块相关。
• 平均辐射剂量为1.48 mSv，远低于标准胸部CT扫描。
• 该研究无法证明因果关系或预测未来的心肌梗死或中风。

了解问题：心脏和脑部动脉的动脉粥样硬化

动脉粥样硬化——一种脂肪沉积物、胆固醇和其他物质在动脉壁内积聚形成斑块的疾病——是导致两种严重医疗事件的主要原因：缺血性卒中（脑部血流阻塞）和急性冠脉综合征（流向心脏的血流突然减少，包括心肌梗死）。这些疾病在全球范围内造成了巨大的健康负担。

许多人没有意识到的一个重要事实是，动脉粥样硬化很少仅限于身体的某个部位。它通常影响多个血管床——这意味着如果患者的冠状动脉（心脏动脉）中有斑块，他们更有可能在供应大脑的动脉（颈动脉和脑动脉）中也存在斑块。

先前的研究表明，冠状动脉和颈动脉中的斑块积聚具有相同的遗传基础，且颈动脉和冠状动脉疾病因共享相似的危险因素而密切相关。这些共享的危险因素包括高血压、糖尿病、高胆固醇、吸烟以及心脏病家族史。

鉴于这种联系，确定冠状动脉和颈动脉/脑血管动脉粥样硬化的危险因素及其关系具有重要意义。在斑块引起症状之前早期发现它们，可以实现早期治疗，并可能减少未来发生心肌梗死和中风等血管事件的风险。

本研究旨在实现的目标

由刘树荣博士及其同事领导的研究团队旨在推进一种称为冠状动脉-颈动脉-脑动脉整合CT血管造影（ICCC-CTA）的技术。这是一种特殊的CT扫描，可在一次检查中对三个关键血管区域进行成像：

• 冠状动脉（供应心肌的动脉）
• 颈动脉（颈部供应大脑的主要动脉）
• 脑动脉（大脑内部的动脉）

本研究的主要目标是：

1. 开发一种低辐射剂量、一步式ICCC-CTA技术，能够同时评估所有三个血管床
2. 分析心血管和脑血管动脉粥样硬化之间的关联——换句话说，心脏动脉中的斑块是否预测脑动脉中的斑块，反之亦然
3. 评估不同类型斑块的危险因素，以实现早期治疗并减轻心血管和脑血管疾病的负担

研究人员此前曾在2015年报道过使用低辐射双源CT系统同时评估冠状动脉、颈动脉和脑动脉狭窄的情况。这项新研究在此基础上改进了技术，并对危险因素进行了更详细的检查。

研究方法

研究参与者：谁被纳入？

本研究是一项前瞻性试验，意味着患者被招募并随时间向前追踪。在2015年1月至2017年12月期间，共有386名连续入选的无症状心血管风险因素患者在参与医疗中心接受了ICCC-CTA检查。

以下原因的患者被排除在研究之外：

• 碘对比剂过敏（对用于CT成像的染料过敏）
• 肾脏疾病，血清肌酐浓度达到或高于1.5 mg/mL（因为对比剂会对肾脏造成压力）
• 妊娠
• 心律不齐（可能影响图像质量）

应用这些排除标准后，最终分析中保留了300名患者（77.7%）。研究期间发生的额外排除情况包括：CTA图像质量差（n = 6）、未遵循ICCC-CTA方案（n = 9），以及缺乏完整的实验室数据（n = 71）。

所有患者的基线人口统计学数据均已记录。收集的临床和实验室数据包括：

• 性别、年龄、身高和体重
• 吸烟史和家族史
• 糖尿病病史、血压和高脂血症（血脂高）
• 总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和三酰甘油浓度
• 肌酐浓度（肾功能标志物）

心血管风险因素的定义

本研究使用标准临床标准定义了主要心血管风险因素：

• 糖尿病定义为空腹血糖浓度 ≥ 6.1 mmol/L，非空腹血糖浓度 ≥ 11.1 mmol/L，或使用降糖治疗（胰岛素、口服降糖药或饮食建议）。
• 高血压如果患者有既往确诊诊断、收缩压 ≥ 140 mm Hg、舒张压 ≥ 90 mm Hg，或正在服用降压药物，则视为存在。
• 血脂异常（血脂异常）根据患者的病史或其当前使用降脂药物（如他汀类药物）来定义。
• 吸烟状况和饮酒情况通过病史确定。

扫描技术：ICCC-CTA的工作原理

ICCC-CTA程序在技术上非常复杂。以下是其逐步工作原理：

1. 患者在扫描前三分钟接受单次0.8 mg硝酸甘油气雾剂（一种扩张血管的药物）。
2. 扫描使用第三代双源CT扫描仪（SOMATOM Force；西门子医疗，德国福尔希海姆）进行，配备完全集成的电路探测器系统。
3. 使用的造影剂是Omnipaque（350 mg/mL碘浓度），通过手臂静脉使用配有20号针头的注射泵注入。
4. 扫描以头尾方向（从膈肌至头顶）进行，一次性覆盖心脏、颈部和大脑的整个区域。
5. 采用自动团注追踪技术，在对比剂到达目标动脉时精确触发扫描（升主动脉的信号衰减阈值为100 Hounsfield单位）。
6. 图像采集使用心电图（ECG）门控与患者的心律同步，在RR间期的30%处捕获图像（心率高于65 bpm时）或在RR间期的60%处捕获图像（心率为65 bpm及以下时）。

关键扫描参数包括：

• 涡轮高螺距采集模式（一种极快的扫描技术）
• 探测器准直器为2 × 192 × 0.6 mm
• 旋转时间为0.25秒
• 螺距为3.2（高螺距意味着更快的床面移动速度）
• 自动管电压选择和自动管电流调制（两者均旨在最大限度地减少辐射暴露）
• 对比剂用量仅为45 mL，流速为4.5 mL/s，随后以相同流速注入45 mL生理盐水
• 总扫描时间为0.78 ± 0.12秒——整个心脏到脑部扫描不到一秒

图像使用高级建模迭代重建技术，强度等级为3，采用中等锐利卷积核和0.6毫米层厚进行重建。使用了多种图像显示技术来评估动脉，包括曲面重组（厚度8.0毫米）、最大密度投影（厚度10.0毫米）、多平面重组和容积渲染。

动脉和斑块的分析方法

研究人员使用国际公认的人体解剖学标准将动脉划分为若干节段进行分析：

• 冠状动脉树根据美国心脏协会（AHA）标准进行细分，节段1–4为右冠状动脉，节段5为左主干冠状动脉，节段6–10为左前降支动脉，节段11–15为左回旋支动脉，节段16为中间支动脉（如果存在）。
• 颈动脉和脑血管根据北美症状性颈动脉内膜切除术试验（NASCET）的标准划分为40个节段。这些包括颈总动脉、颈动脉分叉处、颈外动脉、颈内动脉、椎动脉、基底动脉、大脑前动脉、大脑中动脉、大脑后动脉、前交通动脉和后交通动脉。

对每个血管节段评估斑块的存在情况，并将斑块分为三种类型：

• 钙化斑块——含有钙沉积的硬斑块
• 非钙化斑块——不含钙的软斑块，被认为更容易破裂
• 混合斑块——同时含有钙化和非钙化成分的斑块

冠状动脉狭窄（狭窄）根据冠状动脉疾病报告和数据系统（CAD-RADS）的六个预定义类别进行量化：0%、1–24%、25–49%、50–69%、70–99% 或 100%（完全阻塞）。狭窄程度通过计算阻塞部位管腔直径与斑块上游最正常段管腔直径的比值来测量。

辐射剂量测量

研究人员仔细追踪了每位患者的辐射暴露情况。体积CT剂量指数和剂量-长度乘积（DLP）在每次扫描结束时自动记录。有效辐射剂量（以毫西弗，mSv 为单位）通过将 DLP 乘以转换因子计算得出：心血管成像为 0.026 mSv·mGy⁻¹·cm⁻¹，头颈部成像为 0.0031 mSv·mGy⁻¹·cm⁻¹。

平均 DLP 为 138.57 ± 31.6 mGy·cm，换算后的计算有效辐射剂量为 1.48 ± 0.33 mSv（范围：0.79–2.77 mSv）。为了便于理解，标准胸部 CT 通常提供约 7 mSv 的辐射量，而美国人的平均年自然背景辐射暴露约为 3 mSv。因此，这种新方案代表的辐射暴露非常低。

统计分析

研究团队使用标准统计方法分析数据。连续变量以均值 ± 标准差表示（对于非正态分布的数据，使用中位数和四分位距）。分类变量以数量和百分比表示。Student's t 检验和 Wilcoxon 秩和检验用于比较连续变量，而卡方检验和 Fisher 精确检验用于分类变量。为了识别斑块的独立危险因素，他们使用了多变量逻辑回归分析，结果报告为比值比（OR）及其 95% 置信区间（CI）。P 值小于 0.05 被认为具有统计学意义。

主要发现：研究人员发现了什么

患者特征：研究人群概览

研究中的 300 名患者平均年龄为 56 ± 10 岁（范围：37–92 岁）。其中，66%（300 人中的 199 人）为男性。CTA 扫描期间的平均心率为 74 ± 11 次/分钟（范围：40–128 bpm）。

当研究人员将有斑块的患者与无斑块的患者进行比较时，出现了几处显著差异：

• 有斑块的患者年龄更大（58 ± 10 岁 vs. 53 ± 9 岁，P = 0.001）
• 高血压在斑块组中更常见（35.4% vs. 12.6%，P = 0.001）
• 糖尿病在斑块组中显著更常见（28.6% vs. 3.6%，P = 0.001）
• 空腹血糖在斑块组中更高（5.58 ± 2.50 vs. 4.76 ± 1.31 mmol/L，P = 0.001）
• 总胆固醇在斑块组中更高（1.82 ± 1.14 vs. 1.66 ± 0.94 mmol/L，P = 0.004）
• LDL胆固醇（“坏”胆固醇）在斑块组中更高（2.55 ± 0.90 vs. 2.33 ± 0.59 mmol/L，P = 0.04）
• 舒张压在斑块组中略高（81.73 ± 8.80 vs. 79.48 ± 7.65 mm Hg，P = 0.028）

两组在性别比例（P = 0.059）、心率、收缩压、体重指数（BMI）、教育水平、吸烟、饮酒、体力活动、HDL胆固醇、尿酸或肌酐水平方面没有显著差异。

斑块的患病率：动脉粥样硬化有多常见？

在这组无症状人群（有风险因素但无症状）中，斑块的患病率令人瞩目：

• 300名患者中有189名（63%）在冠状动脉和/或脑血管中存在斑块
• 111名患者（37%）未检测到斑块
• 180名患者（60%）在冠状动脉（心脏）中存在斑块
• 52名患者（17.3%）在颈动脉和脑血管中存在斑块
• 43名患者（14.3%）同时在冠状动脉和颈动脉/脑血管区域存在斑块

在189名有斑块的患者中，分布情况如下：

• 72.5%仅在冠状动脉中存在斑块
• 22.8%仅在脑血管中存在斑块
• 4.8%在两个区域均存在斑块

这些数字揭示了一个重要的临床事实：虽然冠状动脉斑块非常常见，但大多数有冠状动脉斑块的患者（76%）并不存在可检测到的脑血管斑块。相反，有脑血管斑块的患者极有可能同时患有冠状动脉疾病。

心脏与脑血管斑块之间的联系

研究发现，冠状动脉斑块形成与颈动脉-脑血管斑块形成之间存在统计学上显著的关联（χ² = 14.22，P = 0.001）。这意味着，与仅凭偶然预期相比，一名在一个血管区域有斑块的患者在另一个区域也有斑块的几率显著更高。

当研究人员检查具体的斑块类型时，他们发现了特别强烈的关联：

• 颈动脉-脑血管中的钙化斑块与冠状动脉中的钙化斑块强烈相关（χ² = 20.71，P = 0.001）。用通俗的话来说，如果患者的颈部或脑血管中有坚硬、钙化的斑块，他们极有可能在心脏血管中也有钙化斑块。
• 混合斑块（包含钙化和软成分）也显示出两个区域之间的强烈关联（χ² = 8.96，P = 0.003）。
• 非钙化斑块（软性、易损斑块）在冠状动脉和颈动脉-脑血管之间未显示出统计学上显著的关联（χ² = 2.93，P = 0.087）。这表明，一个区域存在软斑块并不能可靠地预测另一个区域也存在软斑块。

这一发现具有临床重要性。它表明，患者发展的斑块类型可能因每个血管床而略有不同，尽管整体疾病负担往往呈同步趋势。

非钙化斑块的危险因素

多变量逻辑回归分析考察了哪些心血管危险因素与斑块形成独立相关，并调整了其他变量。该分析包括三个统计模型：一个粗糙（未调整）模型、一个针对年龄、性别、BMI、尿酸和肌酐调整的模型，以及一个还考虑了所有其他心血管和脑血管危险因素的完全调整模型。

对于冠状动脉中的非钙化斑块，两个危险因素在所有统计模型中均具有显著性：

• 异常血糖（空腹血糖）：比值比 = 1.44，95% CI = 0.12–0.62，P = 0.01。这意味着在调整其他风险因素后，较高的血糖水平始终与软性冠状动脉斑块的存在可能性增加相关。
• 异常总胆固醇：比值比 = 1.28，95% CI = 0.07–0.46，P = 0.01。较高的总胆固醇也与非钙化冠状动脉斑块的存在持续相关。

对于颈脑动脉中的非钙化斑块，异常血糖被确定为风险因素，但仅在粗模型（未调整）中显著（比值比 = 1.44，95% CI = 0.12–0.62，P = 0.01）。在调整其他因素后，这种关联失去了统计学意义（完全调整模型：OR = 1.32，P = 0.13）。这表明虽然血糖是脑血管软性斑块的重要促成因素，但其独立效应可能通过年龄、血压和胆固醇等其他风险因素介导。

钙化斑块的风险因素

对于冠状动脉中的钙化斑块，分析确定了在所有模型中均显著的两个风险因素：

• 异常血糖：比值比 = 1.43，95% CI = 0.11–0.61，P = 0.01
• 异常收缩压（血压读数中的最高数值）：比值比 = 1.02，95% CI = 0.01–0.04，P = 0.02。这意味着收缩压每增加一个单位，患有钙化冠状动脉斑块的可能性增加2%。

这些发现强调了血糖控制在预防动脉粥样硬化中的核心作用。异常葡萄糖代谢是唯一在两种斑块类型（钙化和非钙化）以及多个统计模型中均一致出现的风险因素。值得注意的是，在非钙化冠状动脉斑块的完全调整模型中，尿酸也表现为保护性因素（OR = 0.84，95% CI = −0.34 至 −0.01，P = 0.04），尽管这一发现较为复杂，需要进一步调查。

这对患者和医疗实践意味着什么

这项研究表明，单次、一步式CT扫描可以有效评估三大血管区域中的动脉粥样硬化——即供应心脏的冠状动脉、颈部的颈动脉以及大脑内部的脑动脉——且使用的辐射剂量极低。

该技术的辐射暴露值得特别强调。联合扫描的总有效辐射剂量为1.48 ± 0.33 mSv。这远低于文献中报道的其他联合成像方法：

• Tognolini及其同事报告了联合颈动脉和冠状动脉CTA方案的平均辐射剂量为4.3 mSv
• Yasmin及其同事分别报告了单独冠状动脉和颈动脉CTA扫描的剂量为7.3 mSv和3.8 mSv
• 新的ICCC-CTA技术使用的造影剂也更少（45 mL，而Tognolini方案为100 mL），从而减轻了对肾脏的负担

对患者而言，这意味着在更少的辐射暴露和更少的造影剂进入体内的情况下，对血管健康进行更全面的评估。在不到一秒的扫描时间内完成“全身动脉检查”的能力也让患者感到更舒适，并减少了可能降低图像质量的运动伪影。

异常血糖是钙化和非钙化斑块最一致的风险因素这一发现，无论是在冠状动脉还是脑血管区域，都具有重要的预防意义。糖尿病和糖尿病前期是可改变的状况——包括饮食、运动和体重管理在内的生活方式改变，以及适当的药物治疗，可以显著改善血糖控制。这项研究重申，管理血糖不仅对于预防心脏病发作至关重要，对于预防中风也同样重要。

同样，总胆固醇升高与非钙化冠状动脉斑块的关联突出了胆固醇筛查和管理的重要性，包括在适当时使用statin治疗。软性（非钙化）斑块被认为是最危险的类型，因为它们更容易破裂，而斑块破裂是引发大多数心脏病发作的原因。早期发现这些易损斑块可以启用更积极的预防性治疗。

研究局限性：这项研究无法告诉我们的内容

了解这项研究证明了什么以及未证明什么非常重要。每项研究都有其局限性，这项研究也不例外：

• 仅无症状人群：该研究仅招募了具有心血管风险因素且无心或脑疾病症状的患者。这些发现可能不适用于已经患有症状性心血管或脑血管疾病的患者，也不适用于没有任何风险因素的普通人群。
• 横断面设计：该研究为单时间点（横断面）分析。它显示了危险因素与斑块存在之间的关联，但不能证明因果关系——也就是说，它不能证明异常血糖导致了斑块，只能证明两者有关联。
• 缺乏长期随访：该研究未对患者进行长期跟踪以观察谁最终发生了心脏病发作或中风。需要未来的纵向随访研究来证实通过ICCC-CTA检测斑块确实能减少血管事件。
• 样本量和单中心设计：由于仅包含来自特定中国医疗中心的300名患者，结果可能无法完全推广到其他具有不同种族、饮食或医疗保健背景的人群。
• 辐射剂量估算：有效辐射剂量是使用先前研究中的转换系数计算得出的，而非直接测量，这引入了一些潜在的估算误差。
• 非钙化斑块检测的局限性：CT血管造影在检测钙化斑块方面表现出色，但对某些非钙化斑块类型的敏感性较低。一些小的软性斑块可能被遗漏。
• 表格数据不完整：

给患者的建议

基于这项研究以及更广泛的医学证据，以下是患者可以考虑的实用步骤：

1. 了解您的数值。 本研究强调血糖和胆固醇水平是斑块积聚的强大预测指标。请咨询医生您的空腹血糖、总胆固醇、LDL（“坏”）胆固醇和血压水平是多少——以及根据您的具体健康状况，这些数值应该达到多少。
2. 即使没有糖尿病，也要重视血糖。 本研究发现，异常血糖是所有斑块类型中最一致的危险因素。如果您的空腹血糖正在缓慢上升（处于“糖尿病前期”范围），这是一个不应忽视的危险信号。饮食改变——特别是减少精制碳水化合物和添加糖——结合规律的身体活动可以显著改善葡萄糖代谢。
3. 控制您的血压。 收缩压升高是钙化冠状斑块的一个独立危险因素。美国心脏协会建议大多数成年人将血压保持在120/80 mm Hg以下。家庭血压监测可以帮助您跟踪进展。
4. 与医生讨论胆固醇管理。 总胆固醇升高与非钙化（易损）冠状斑块独立相关。如果您的胆固醇偏高，生活方式改变（饮食、运动）以及在适当时进行的statin治疗可以显著降低您的心血管风险。
5. 如果您有多个危险因素，请与医生讨论高级筛查。 ICCC-CTA技术是一项新兴工具，它可以通过一次低辐射扫描揭示您心脏、颈部或脑部动脉中是否存在斑块。虽然这项测试尚未成为每个人的标准筛查工具，但对于希望更全面地了解其血管健康状况的多重危险因素人群来说，它可能很有价值。
6. 不要吸烟，并限制饮酒。 尽管在这项特定的多变量分析中，吸烟和饮酒未达到统计学显著性，但更广泛的医学文献一致确立它们是动脉粥样硬化的主要促成因素。
7. 了解一个部位的斑块对全身都有影响。 由于斑块倾向于影响多个血管床，冠状动脉疾病的诊断应促使评估中风风险——反之亦然。如果您知道自己在某一区域有斑块，您的医生应评估其他区域。

与所有医疗决策一样，个体风险评估应与您的医疗保健提供者讨论。正确的筛查和预防策略取决于您的完整医疗状况，包括年龄、家族史和现有疾病。

常见问题解答

什么是单步全身动脉扫描？

它是一种称为整合冠状-颈动脉-脑动脉计算机断层扫描血管造影（ICCC-CTA）的专业CT扫描。它在一次快速扫描中对心脏动脉、颈部动脉和脑部动脉进行成像。该研究测试了一种低辐射版本，扫描时间不到一秒，仅使用45 mL的对比剂。

关于斑块积聚的主要发现是什么？

在这300名患者中，63%的人心脏或脑部动脉存在斑块积聚。具体而言，60%的人有冠状动脉斑块，17.3%的人有颈动脉或脑动脉斑块。较高的血糖和总胆固醇水平与斑块有关，尤其是更容易破裂的软性非钙化斑块。

此次扫描的辐射剂量有多低？

平均辐射剂量为1.48毫西弗（mSv），范围为0.79至2.77 mSv。作为参考，标准胸部CT的辐射量约为7 mSv，而美国人的年均背景辐射暴露量约为3 mSv。因此，这项联合扫描使用的辐射剂量非常低。

对于有危险因素的人来说，这项扫描意味着什么？

如果您有血糖高、胆固醇高或血压高等危险因素，这项扫描有可能在症状出现之前检测到您心脏或脑部动脉中的斑块。研究表明，它可能有助于更早地识别高危患者并指导预防措施。然而，它目前尚未成为面向所有人的标准筛查测试。

这项研究的局限性是什么？

该研究仅纳入无症状且有危险因素的患者，因此结果可能不适用于所有人。这是一项针对某一时间点的横断面研究，因此无法证明高血糖或高胆固醇导致了斑块。此外，研究人员并未对患者进行长期随访以观察谁后来发生了心脏病发作或中风。

基于这项研究，我应该采取哪些实际步骤？

了解您的血糖、胆固醇和血压数值。本研究发现，异常血糖是斑块最一致的危险因素，因此管理糖尿病前期或糖尿病非常重要。控制血压并与医生讨论胆固醇管理方案。如果您有多个危险因素，请咨询是否适合进行高级筛查。

在进行一步式全身动脉扫描（ICCC-CTA）以检查心脏和脑部血管斑块之前，我应该寻求第二诊疗意见吗？

第二诊疗意见可以帮助您决定这项低辐射扫描是否适合您，尤其是因为它目前尚未成为面向所有人的标准筛查测试。该扫描在一次通过中即可检测心脏、颈部和脑部动脉中的斑块，平均辐射剂量为1.48 mSv。如果您有血糖、胆固醇或血压高等危险因素，专科医生可以评估您的情况并确认这种影像学检查是否合适。Diagnostic Detectives Network提供独立的专家第二诊疗意见。

来源信息

Original Article Title: One-step integrated coronary–carotid–cerebral computed tomography angiography to evaluate cardiovascular and cerebrovascular atherosclerosis

Authors: Shurong Liu, Zhen Zhang, Baoliang Liu, Shanshan Zhou, Jianan Xie, Ruijuan Han, and Sun Kai

Journal: BMC Cardiovascular Disorders (2023) 23:367

DOI: https://doi.org/10.1186/s12872-023-03343-3

Publication Date: 2023

Ethics Approval: The study was approved by the ethics committee of Inner Mongolia Medical University of China (No. YKD2015061) and The Third People's Hospital of Longgang District, Shenzhen. All procedures followed the Declaration of Helsinki, and all patients provided written informed consent.

Funding/Disclosures: The authors declare no competing interests. The study was published under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

这篇患者友好型文章基于发表在开放获取医学期刊上的同行评审研究。原文可通过上方的DOI链接免费在线访问。本翻译仅供教育目的，不构成医疗建议。关于筛查、诊断或治疗方面的任何决定，患者应咨询其医疗保健提供者。